(PhysOrg.com) -- L'un des aspects les plus difficiles du travail à l'échelle nanométrique est de voir l'objet sur lequel on travaille. Les structures biologiques comme les virus, qui sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière, sont invisibles aux microscopes optiques standard et difficiles à capturer sous leur forme native avec d'autres techniques d'imagerie.

Un groupe de recherche multidisciplinaire de l'UCLA s'est maintenant associé non seulement pour visualiser un virus, mais aussi pour utiliser les résultats pour adapter le virus afin qu'il puisse administrer des médicaments au lieu de la maladie.

Dans un article publié la semaine dernière dans la revue Science , Hongrong Liu, chercheur postdoctoral UCLA en microbiologie, immunologie et génétique moléculaire, et ses collègues révèlent une structure atomiquement précise de l'adénovirus qui montre les interactions entre ses réseaux de protéines. Les travaux fournissent des informations structurelles essentielles aux chercheurs du monde entier qui tentent de modifier l'adénovirus pour l'utiliser dans les traitements vaccinaux et de thérapie génique contre le cancer.

Pour modifier un virus pour la thérapie génique, les chercheurs retirent son ADN pathogène, remplacez-le par des médicaments et utilisez la coque virale, optimisé par des millions d'années d'évolution, comme véhicule de livraison.

Lily Wu, professeur de pharmacologie moléculaire et médicale à l'UCLA et co-auteur principal de l'étude, et son groupe ont tenté de manipuler l'adénovirus pour une utilisation en thérapie génique, mais le manque d'informations sur les récepteurs à la surface du virus avait entravé leur quête.

"Nous concevons des virus pour fournir une thérapie génique pour les cancers de la prostate et du sein, mais les techniques de microscopie précédentes ne permettaient pas de visualiser les virus adaptés, " a déclaré Wu. " C'était comme essayer de reconstituer les composants d'une voiture dans le noir, où la seule façon de voir si vous l'avez fait correctement était d'essayer d'allumer la voiture."

Pour mieux visualiser le virus, Wu a demandé l'aide de Hong Zhou, professeur de microbiologie à l'UCLA, l'immunologie et la génétique moléculaire et l'autre auteur principal de l'étude. Zhou utilise la microscopie cryoélectronique (cryoEM) pour produire des modèles tridimensionnels atomiquement précis d'échantillons biologiques tels que des virus.

Wu, qui est également chercheur au California NanoSystems Institute (CNSI) de l'UCLA, a appris le travail de Zhou après avoir été conjointement recruté à l'UCLA de la faculté de médecine de l'Université du Texas à Houston par le département de microbiologie de l'UCLA, Immunologie et génétique moléculaire et CNSI de l'UCLA.

Il y a à peu près un an, une fois le transfert du laboratoire de Zhou terminé, Sok Boon Koh, l'un des étudiants de Wu, recherché le groupe de Zhou pour leur expertise et a lancé la collaboration.

"Ce projet illustre mon enthousiasme à l'idée de faire partie d'un institut aussi innovant que le CNSI, " a déclaré Zhou. " Non seulement je suis capable de travailler avec des équipements de pointe, mais parce que CNSI est la plaque tournante de la recherche et de la commercialisation des nanotechnologies à l'UCLA, J'ai l'opportunité de collaborer avec des collègues dans de nombreuses disciplines."

Travaillant au Centre d'Imagerie Electronique des Nanomachines du CNSI, un laboratoire dirigé par Zhou, les chercheurs ont utilisé cryoEM pour créer une reconstruction 3-D de l'adénovirus humain de 31, 815 images de particules individuelles.

"Parce que la reconstruction révèle des détails jusqu'à une résolution de 3,6 angströms, nous sommes capables de construire un modèle atomique du virus entier, montrant précisément comment les protéines virales s'emboîtent et interagissent toutes, " dit Zhou. Un angström est la distance entre les deux atomes d'hydrogène dans une molécule d'eau, et l'adénovirus entier a un diamètre d'environ 920 angströms.

Armé de cette nouvelle compréhension, Wu et son groupe vont maintenant de l'avant avec leurs versions modifiées d'adénovirus à utiliser pour le traitement par thérapie génique du cancer.

"Cette percée est un grand pas en avant, mais il y a encore beaucoup d'obstacles à surmonter, " dit Wu. " Si notre travail réussit, cette thérapie pourrait être utilisée pour traiter la plupart des formes de cancer, mais nos efforts initiaux se sont concentrés sur les cancers de la prostate et du sein car ce sont les deux formes de cancer les plus courantes chez les hommes et les femmes, respectivement."

Le groupe travaille avec l'adénovirus parce que des recherches antérieures l'ont établi comme un bon candidat pour la thérapie génique en raison de son efficacité à fournir du matériel génétique à l'intérieur du corps. La coque du virus est également un véhicule de livraison sûr; des tests ont montré que la coquille ne provoque pas de cancer, un problème rencontré avec d'autres shells de virus. L'adénovirus est relativement non pathogène naturellement, causant seulement une maladie respiratoire temporaire chez 5 à 10 pour cent des personnes.

CryoEM permet une reconstruction à haute résolution de structures biologiques car les échantillons, dans l'eau, sont imagés directement. En revanche, avec la cristallographie aux rayons X (la technique conventionnelle pour les modèles de résolution atomique des structures biologiques), les chercheurs cultivent des structures cristallines reproduisant l'échantillon, puis utilisent la diffraction pour résoudre la structure cristalline. Cette technique est limitée car il est difficile de faire croître des cristaux pour toutes les protéines, les échantillons pour la cristallographie aux rayons X doivent être très purs et uniformes, et les cristaux de grands complexes peuvent ne pas diffracter à haute résolution. Ces limitations ont entraîné des zones critiques de la surface de l'adénovirus non résolues en utilisant la cristallographie aux rayons X.